GIS軟件在鄉(xiāng)土地理資源加工中的應(yīng)用

王倩 郭敏 張新玉

[摘? ?要]文章以離堆山與古河道組合地貌的遙感影像為基礎(chǔ)素材，探討使用GIS軟件提取等高線與制作分層設(shè)色地形圖的步驟。課堂實踐證明，精加工過的鄉(xiāng)土地理資源比原始素材更容易被學(xué)生接受，降低了學(xué)生將書本理論知識與實際相聯(lián)系的難度，使教師容易得到想要的課堂效果，實現(xiàn)在室內(nèi)進(jìn)行鄉(xiāng)土地理考察，并最終達(dá)到提高鄉(xiāng)土地理資源使用效率的目的。

[關(guān)鍵詞]GIS軟件;鄉(xiāng)土地理;離堆山;古河道

[中圖分類號]? ? G633.55? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）01-0073-03

鄉(xiāng)土地理是中學(xué)地理教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。鄉(xiāng)土地理與學(xué)生日常生活聯(lián)系較為密切，學(xué)生容易感知、理解?！镀胀ǜ咧械乩碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提到地理教學(xué)應(yīng)改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)生活中的地理和對學(xué)生終身發(fā)展有用的地理[1]。德國地理學(xué)家阿爾夫雷德·赫特納曾指出：地理課程應(yīng)從鄉(xiāng)土志開始[2]。以GIS軟件為代表的地理信息技術(shù)在中學(xué)地理教師中的推廣早已展開，例如，江蘇省地理學(xué)會與江蘇省教育學(xué)會地理教學(xué)研究會為了推廣GIS軟件在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用，曾在連云港舉辦首屆省高中地理骨干教師地理信息技術(shù)培訓(xùn)活動[3]。此外，GIS課程也是廣大師范院校地理專業(yè)學(xué)生的必修課程。目前鄉(xiāng)土地理資源應(yīng)用于地理教學(xué)的研究成果以研學(xué)旅行方面居多，而使用地理信息技術(shù)深加工處理鄉(xiāng)土地理資源的相關(guān)研究成果目前相對較少，其中，潘世兵老師在野外實踐課程中使用GIS軟件制作了學(xué)校所在贛榆區(qū)的等高線地形圖[4]，地處南京的彭云龍老師制作了學(xué)校附近紫金山的等高線地形圖[5]。加工過后的鄉(xiāng)土地理資源更加成熟，具有教學(xué)微案例的特點(diǎn)，學(xué)生更容易理解。為豐富該方面研究成果，本文以制作離堆山與古河道組合地貌的等高線地形圖為例進(jìn)行研究。

一、離堆山與古河道組合地貌的概念

古河道是指河流在遷徙改道之后遺留的廢棄河道[6]。古河道整體分為容易識別的地面古河道及不易識別的埋藏古河道[7]。裁彎取直型牛軛湖古河道、改道型低洼槽狀古河道都是人類肉眼可識別的地面古河道。離堆山是指孤立在深切曲流河谷中的小丘，是深切曲流發(fā)育過程中河道經(jīng)過裁彎取直的產(chǎn)物。離堆山原為深切曲流凸岸的一部分，由于河流彎曲度不斷加大，相鄰的凹岸逐漸接近，形成狹窄的曲流頸，被水流切穿后，曲流頸的一端即形成被河道包圍的孤立小丘。由此可見，離堆山與古河道本質(zhì)上是古河流地貌的遺留，因兩者的成因是相輔相成的，在空間上緊密相連，故稱為離堆山與古河道組合地貌。

二、離堆山與古河道組合地貌和地理教學(xué)的關(guān)系

離堆山與古河道組合地貌和高中地理“河流地貌的發(fā)育”、初中地理“‘九曲回腸’的荊江河段裁彎取直”等內(nèi)容匹配度高。新人教版高中地理必修第一冊書本封面上的河曲發(fā)育有裁彎取直形成的牛軛湖，在第四章“地貌”第一節(jié)“常見地貌類型”中，用呼倫貝爾高原一處裁彎取直的河曲解釋牛軛湖的形成。為促進(jìn)學(xué)生知行合一、理論聯(lián)系實際，使用學(xué)生身邊的現(xiàn)實案例能有效地促進(jìn)學(xué)生對河流發(fā)育、河流裁彎取直、河流凹凸岸、等高線判讀等知識點(diǎn)的理解。

三、射洪市鄉(xiāng)土地理資源概況

筆者在2020年路過射洪市的旅行中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)刈顬橥怀龅泥l(xiāng)土地理資源便是縣城附近的離堆山與古河道組合地貌。射洪市全境以丘陵山區(qū)為主，因此將該離堆山與古河道組合地貌襯托得很明顯。其在古河道分類中，屬于典型的地面古河道。先期由于嘉陵江裁彎取直形成牛軛湖，后期牛軛湖因泥沙沉積消亡，最終演變成了現(xiàn)在的古河道平原。原河曲環(huán)繞的山地因裁彎取直與西邊的山體分開，變成了離堆山。

四、使用GIS軟件加工鄉(xiāng)土地理資源的流程

第一步，下載所需數(shù)據(jù)并添加到GIS軟件中。免費(fèi)獲取遙感影像的渠道較多，例如可以安裝并注冊水經(jīng)注萬能地圖下載器或者圖新地球等軟件。在此以使用水經(jīng)注萬能地圖下載器下載遙感影像為例：點(diǎn)擊軟件首頁的“下載”按鈕，在彈出的下拉列表中選擇框選范圍（此時光標(biāo)會由手形變?yōu)槭中危盟枰膮^(qū)域，頁面會自動顯示“雙擊下載，右擊刪除”提示語，雙擊后會彈出“新建任務(wù)”提示框，然后更改存儲地址選項，并根據(jù)自身需要選擇合適的影像級別（級別越高，圖像空間分辨率越大，地理事物展現(xiàn)得越清晰，但相應(yīng)的數(shù)據(jù)量越大），設(shè)置好后點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕即可。射洪市DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（網(wǎng)址為“www.gscloud.cn”）。在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站進(jìn)行注冊登錄后，就可以免費(fèi)下載DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)。依次點(diǎn)擊首頁“高級檢索”按鈕、“數(shù)據(jù)集”選項，在彈出的列表中點(diǎn)擊“DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)”選項，在彈出的下拉列表中選擇“GDEMV2 30M分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)”，然后點(diǎn)“確認(rèn)”;在“空間位置”選項中選擇“行政區(qū)”作為逐級檢索條件，選中射洪市;點(diǎn)擊“檢索”按鈕，系統(tǒng)會自動展示出相關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)所覆蓋的范圍，只需選擇所需要的區(qū)域即可;最后將下載的兩個文件添加到GIS軟件當(dāng)中。數(shù)據(jù)如圖1所示，左邊為射洪市遙感影像，右邊為射洪市DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，這可視為初級鄉(xiāng)土地理素材。

第二步，裁剪所需的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)。如圖1所示，由于射洪市的離堆山與古河道組合地貌面積巨大，形狀十分典型，且位于縣城附近，因此在DEM數(shù)字高程圖中十分明顯，很容易確定其范圍。單擊目錄界面，在第一步原數(shù)據(jù)所在的文件夾中新建一個矩形shapefile文件，確定后新建的文件會自動出現(xiàn)在圖層列表中，此時在編輯器中點(diǎn)擊“開始編輯”按鈕，圍繞需要的范圍圈出一個長方形，并保存編輯，這個長方形即作為裁剪區(qū)域，即圖1右邊中部的黑框。打開ArcToolbox工具箱，依次點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)管理工具”“柵格”“柵格處理”“裁剪”，在彈出的裁剪對話框中按照提示填好內(nèi)容，點(diǎn)擊“確定”就將需要的部分裁剪出來了，其余大部分DEM數(shù)據(jù)將不再使用。這樣做的好處是有利于后續(xù)等高線的提取，且數(shù)據(jù)量的縮小也有利于提升軟件處理速度。

第三步，提取離堆山與古河道組合地貌的等高線。該步驟是最困難的環(huán)節(jié)，問題的關(guān)鍵在于要考慮等高線的等高距取值多少才能將離堆山與古河道的地形地貌最佳地凸顯出來。為了一次性操作成功，避免反復(fù)提取卻達(dá)不到理想效果從而造成數(shù)據(jù)冗余等問題，前期的反復(fù)試驗是十分必要的。首先要了解該區(qū)域的地形起伏情況，在圖層列表中雙擊裁剪出的DEM數(shù)據(jù)圖層，根據(jù)彈出的圖層屬性對話框可知所需區(qū)域的高程處于284米至538米區(qū)間（如圖2所示），高程差為254米。然后，在符號系統(tǒng)選項卡中選擇“已分類”選項，類別表示把地形分為多少層，單擊“分類”按鈕，彈出分類對話框，在分類方法下拉列表中有“相等間隔”“定義的間隔”“手動”“自然間斷點(diǎn)分級法”“標(biāo)準(zhǔn)差”“分位數(shù)”“幾何間隔”等7種分類方法。由于學(xué)生經(jīng)常接觸的等高線地形圖的高程差是相等的，因此采用“相等間隔”作為分類方法。分類方法確定之后，唯一需要反復(fù)試驗的就是把地形分為多少層。層數(shù)越多，等高線越密集，地形起伏被刻畫得越詳細(xì)。如圖2所示，在分別測試過8、9、10、11個層次之后，確定10個層次生成的等高線能更好地展示出離堆山與古河道的地形地貌，此時等高線的高差為254米除以10，也就是25.4米。打開ArcToolbox工具箱，依次點(diǎn)擊“Spatial Analyst工具”“表面分析”“等值線”，在彈出的等值線對話框中按照提示填好內(nèi)容，即可生成想要的等高線。此時生成的等高線會與分層設(shè)色地形圖自動疊加在一起，效果如圖2中間地圖所示，10個層次也在海拔高程中展示了出來。

第四步，等高線的后續(xù)簡化與出圖。如圖2所示，中間地圖中的黑色矩形圈出了一些具有代表性的零散等高線，出于教學(xué)效果考慮，刪除零散的等高線有利于減少學(xué)生在判讀時受到的干擾，從而有利于學(xué)生對整體地形地貌的把握，同時在本質(zhì)上也不會對真實地形起伏的表示造成多大影響。處理好等高線之后，便可以導(dǎo)出地圖了。單擊“文件”菜單中的“導(dǎo)出地圖”按鈕，進(jìn)行地圖的導(dǎo)出。在圖層列表中，只要改變圖層順序或使得某些圖層不可見，便能輕松獲得等高線與分層設(shè)色地形圖疊加、單獨(dú)的黑白等高線、等高線與遙感影像疊加等效果。圖3左邊是學(xué)生常見的黑白等高線地形圖，右邊是與遙感影像疊加在一起的等高線地形圖。后期可用WPS、Word等軟件圈出古河道大致范圍，并標(biāo)上一些等高線的數(shù)值，這樣便能得到最終的鄉(xiāng)土地理素材。

五、課堂效果檢測

為了檢測實際課堂效果，筆者委托四川省劍門關(guān)高級中學(xué)一線地理科目教師于2021年3月8日在初中地理課堂上進(jìn)行了試驗，試驗對象為兩個初一班級。教師以“觀察有趣的地理現(xiàn)象”進(jìn)行導(dǎo)入，將圖1、圖2、圖3依次展現(xiàn)。現(xiàn)總結(jié)如下：

教師方面：1.經(jīng)GIS軟件加工過的鄉(xiāng)土地理資源在教學(xué)中比沒加工過的更好用。實踐表明，加工過的鄉(xiāng)土地理資源有利于展示出教師所想要表達(dá)的重點(diǎn)，降低了教師講授相關(guān)知識點(diǎn)的難度，提高了教學(xué)質(zhì)量。2.有利于呈現(xiàn)難度遞進(jìn)的知識點(diǎn)。學(xué)生通過教師板畫掌握河流的凹凸岸知識點(diǎn)后，再去理解河流裁彎取直現(xiàn)象就容易許多，從而將這兩個知識點(diǎn)聯(lián)系在一起。

學(xué)生方面：在課堂中，起初學(xué)生看不懂圖1，無法識別衛(wèi)星地圖中綠色的植被與白色的建筑物，更無法分辨出地形起伏，出現(xiàn)厭學(xué)情緒，但當(dāng)圖2出現(xiàn)時，學(xué)生反應(yīng)明顯強(qiáng)烈，興趣開始恢復(fù)，先根據(jù)閉合等高線識別出離堆山，后識別出河谷。當(dāng)圖3出現(xiàn)時，學(xué)生立刻就懂了，個別學(xué)生開始驚訝于河流強(qiáng)大的侵蝕作用對地形地貌的塑造，發(fā)現(xiàn)古河道平原有很多城市建筑設(shè)施。

結(jié)論：試驗結(jié)果與預(yù)想的結(jié)果相符。這些知識點(diǎn)大都屬于高中地理內(nèi)容，初中階段雖有涉及，但不是重點(diǎn)。初中生在接觸經(jīng)過加工的鄉(xiāng)土地理資源時，學(xué)習(xí)難度明顯降低，教師也能獲得想要的課堂效果。

六、結(jié)束語

新課標(biāo)倡導(dǎo)注重生活中的地理，同時還強(qiáng)調(diào)開展地理觀測、地理考察、地理實驗、地理調(diào)查和地理專題研究等實踐活動。本文以離堆山與古河道組合地貌為例，講述了如何使用GIS軟件提取等高線，制作分層設(shè)色地形圖，并強(qiáng)調(diào)了其中的重難點(diǎn)流程，從而實現(xiàn)對鄉(xiāng)土地理資源的精加工。課堂實際檢驗證明，利用GIS軟件加工鄉(xiāng)土地理資源并將成果應(yīng)用于教學(xué)能夠取得良好效果，實現(xiàn)讓學(xué)生在教室內(nèi)便能進(jìn)行鄉(xiāng)土地理考察，最終達(dá)到提高鄉(xiāng)土地理資源使用效率的目的。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 程子華.利用鄉(xiāng)土資源開展主題探究式學(xué)習(xí)的教學(xué) 實踐[J].中學(xué)地理教學(xué)參考，2020（14）：34-35，39.

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[4]? 潘世兵，韓旸.例談GIS軟件在地理野外實踐中的? ? ?應(yīng)用：以贛榆區(qū)等高線制作為例[J].地理教學(xué)，? ? ? ? 2018（2）：51-54.

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